下沉式隧道基坑支护施工方案及技术要点

'公路与汽运Highways&AutomotiveApplicationS第5期1862010年9月下沉式隧道基坑支护施工方案及技术要点赵建国(中铁十五局集团第五工程有限公司，河南洛阳471000)摘要：复合土钉墙支护技术是近年来发展起来的用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。该文结合工程实例的地质及周边复杂的施工条件，对下沉式大跨度汽车隧道基坑工程结构所采用的复合土钉墙支护方案的支护机理进行了分析，对该支护方案的施工技术要点、技术难题处理及施工保通措施进行了阐述。关键词：隧道；基坑支护；土钉墙；下沉式隧道；施工技术中图分类号：U445．7文献标志码：A文章编号：1671-2668(2010)05-0186-05某枢纽互通位于国道GlO7线郑州段改建工程项目终点，连接机场互通连接线中州第一门、航空港区主干道新港大道和迎宾大道，现状为环形平交，交叉桩号K41+871．432(见图1)。(a)远期图1迎宾大道互通(一期J地理位置示意图为了维护迎宾大道的形象，不干扰在建的大型雕塑，采用单向双车道定向式匝道增强通行能力；主线直行方向采用下沉式隧道，减少直行与转向交通的冲突；地面层进行渠化交通设计，解决其余方向的转向交通。根据预测的交通量，该互通可分期实施，近期仅(b)～期实施主线下沉式隧道，地面采用环岛(充分利用现状图2迎宾大道互通立交实施方案环岛、避免大量拆迁)渠化交通。其远期方案和近期质如表1所示。实施工程如图2所示。1下沉式隧道工程地质概况2基坑支护方案根据岩土工程勘察报告，所建隧道区段内的地基坑支护的常用方案有放坡、护坡桩、锚杆和喷锚等，各种方案有其优点和局限性。因此，选择合理下水补给来源以降雨和侧向径流为主，属空隙潜水。稳定水位为4．4m左右。的支护方案是保证基坑工程质量和施工安全的关键。在掌握和深入研究该隧道所在区域工程地质、根据钻探土的成因、结构及物理力学性质，该隧道所在区域内的土层可划分为7个小层，其物理性水文地质资料和周边环境条件的基础上，进行多种 公路与汽运总第140期Highways&AutomotiveApplications187表1土层物理性质方案分析、论证与优化，确定采用敞口放坡开挖及微腰梁内土钉钢筋加塑料套管，防止砼与钢筋粘结。型桩、复合土钉墙相结合的支护方案。2．3微型桩+预应力复合土钉支护机理2．1微型桩+预应力复合土钉支护形式2．3．1复合土钉受力机理微型桩和部分预应力复合土钉支护(见图3)即复合土钉受力过程分为三阶段(见图5)：1)土联合应用微型桩与土钉两种支护形式，并通过对部钉安设的初期，注浆体与土层的粘结尚未形成，土钉分土钉施加预应力的措施来控制变形，保证支护结基本不受力；2)注浆体将土钉粘结于地层中，随着构的安全。开挖深度的增加，土钉逐渐产生拉力，并将拉力集中在与面层粘结的部位，这时内力类似于无自由变形段的土层锚杆(靠近面层处拉力最大，往后逐渐缩土钉小)；3)开挖足够深度，土钉的大部分处于滑裂范围之内，这时土钉内力表现为中间部位(近滑裂面)喷射砼最大、两端最小，类似于土筋。F[～——。—图3微型桩+复合土钉支护形式／／2．2微型桩+预应力复合土钉支护施工工艺(a)土钉内力为零(b)土钉内力似于锚杆(c)土钉内力类似于土筋基坑开挖前，先在待开挖的坑壁边缘采用压力注浆法设置微型桩；微型桩强度满足后，对土体进行分图5复合土钉的受力过程段开挖，设置土钉。对需施加预应力的土钉，注浆时2．3．2微型桩受力作用机理其前端预留2～4m作为自由段，并在端部设置腰微型桩受力主要来自土压力，在不同情况下，可梁，以便在面层砼达到强度后施加预应力(见图4)。能受弯、受压、受剪、受扭及各种作用的组合，目前其主要起超前支护作用，体现在：‘砼面层一(1)提高了微型桩周围一定范围内土体的强度和面层强度。(2)改善了开挖后土体的受力和变形。(3)调动并协调土钉的支护作用，保证基坑周匕钮_／围环境的安全。2．4基坑计算荷载一微型．(1)土压力及水压力，水压力取离地面4．4m为地下水位线。图4预应力土钉与面层的连接(2)地面堆积荷载及大型车辆的动、静荷载。 Highw公ays&路A"ut与omoti汽veApp运lications第5期1882O1O年9月(3)周边建筑物的作用荷载，为20kPa。深度按表2选取。(4)施工荷载，为2OkPa。基坑开挖坡面均喷射C20砼，厚度为8cm，内2．5支护结构形式含~10mm@lO0×100mm钢筋网。该隧道基坑支该项目采用明挖施工，支护结构根据基坑开挖护断面如图6所示。表2明挖基坑与放坡级别关系表注：当基坑深度大于5ril时，放坡的平台为2m，且每个平台采用一排微型桩加固，其直径15cm，桩长7．5il，纵向间距1．2nl。●二二；道中心M2舢线：⋯日；、_1、～b——桶广0o]△6r＼15cm微桩，长71—00cm微型，长7．5n(a)开口段支护横断面(b)闭口段支护横断面图6下沉式隧道基坑支护断面(单位：cm)mm厚土层，由人工挖掘修整。开挖层设集水坑，及3基坑支护施工及施工难题处理方案时用泵排除坑底积水。3．1基坑支护施工方案(4)开挖到底后，及时清底验槽，减少暴露时3．1．1基坑开挖方案间，防止地基土原状结构受到破坏。支护前，清除松土方开挖中充分考虑时空效应，合理确定土方动土层。分层开挖层数、每层分段数量、分段开挖时间限制3．1．2放坡段施工方案等，且与设计工况保持一致，并遵循“开槽支撑，先撑(1)开挖工作面，修整边坡，埋设喷射砼厚度控后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。具体如下：制标志。(1)各断面的开挖分层次数与该断面内支撑道(2)喷射第一层砼。数大致相同；一般土层分层开挖深度为1～2m，该(3)绑扎、固定钢筋网，喷射第二层砼。项目分层开挖深度为1．5m；开挖宽度满足支护作(4)坡顶、坡面和坡脚的排水处理。业和边坡临时稳定性要求。3．1．3喷射砼施工方案(2)基坑开挖自上而下进行，严禁超挖和“大锅(1)喷射砼分段依次进行，同一分段内喷射自底”开挖，开挖后及时支护。下而上分两次进行。(3)基坑采用机械开挖，基坑底及坑壁留200(2)喷射时，喷头尽量与喷射面保持垂直，距离 公路与汽运总第140期Highways&AutomotiveApplications189为60～120cm。(5)安装土钉时设置定位器，以保证钢筋的保(3)喷射时控制好水灰比，保证砼表面平整、湿护层厚度。润光泽、无干斑及滑移流淌现象。3．1．5微型桩施工方案(4)上一级喷射砼面层达到设计强度的7O(1)用全站仪测量放线，确定桩位坐标。后，进行下一级放坡施工。(2)调整钻机位置，慢速钻孔。(5)钢筋网与固定钢筋连接牢固，喷射砼时钢(3)开动水泵注入清水，待孔深为1m左右时加快钻孔速度，确保成孔的位置和垂直度。筋网不晃动。(6)钢筋网的搭接长度不小于300mm。(4)成孔至设计深度后，往复提、降钻杆，并不3．1．4复合土钉施工方案停抽入泥浆，尽量将孑L内土屑排出。(5)排出的泥浆中无大颗粒状土屑时，停止抽土钉支护设计见图7。施工方案如下：入泥浆，并将钻杆头部I．卸掉，接上注浆管准备注浆。(1)按设计纵向、横向尺寸及与水平面夹角进I1．．一．俘rb一钢筋笼主筋保护层厚度取25mm。钢筋笼加行钻孔施工，采用洛阳铲成孔。工一般在成孔前完成，步骤为加劲箍制作一主筋配(2)钢筋平直、除锈、除油。料一主筋定位一箍筋设置一对中支架安装。(3)注浆材料采用水泥砂浆，其配合比为1：13．1．6基坑降水及排水方案～1：2，水灰比为o．4～0．45。土钉墙施工中应采取有效的地表排水、内部排(4)注浆管插到距成孔底部250～500mm，保水、基坑地下水位降低及排水等措施。该项目主要证注浆饱满，在孔口设止浆塞。采用降水井、集水明排的方法。(1)基坑周围地表排水。为防止地表水向地下0oo0o渗透，使泾流远离边坡，在距离坡顶边线2m左右处设置截水沟，在低处设置集水井，以防雨水大面积ooooO●汇人基坑。l●I●IIIII。．c=二-J-_-●-●--(2)基坑内部排水。在基坑开挖施工阶段，每开挖一层土方，沿坑底设置临时排水纵沟及集水井，ooooo避免坑底积水浸泡边坡土体；基坑开挖到底后，设置截水沟，在基坑四角和周边每隔30～40m设一个集水井，同时设置泵站排水。排水沟底面比挖土面oooooIIl●lII●II低0．3～0．4m，集水井底面比沟底面低0．5m。f＼(3)基坑地下水位降低及排水。当基坑侧壁出00现分层渗水时，按不同高程设置导水管、导水沟等构(a)正立面图成明排系统。3．2施工中遇到的问题及处理方案3．2．1施工中遇到的问题(1)K41+775—915长140m隧道闭口段采用单箱双室闭口框架结构，断面全宽30．0m，左、右室净宽均为13．5m；K41+635—775和K41+915一K42+205段共计260m开口段采用U形框架结构，净宽27．0m。这两个区段均为大跨度隧道基坑，地质条件复杂，基坑支护难度较大。(2)2条大型高压供电电缆位于隧道开挖段，纵向间距1．2m管线保护要求较高。(b)A—A断面图(3)基坑开挖深度和长度较大，对周边建筑物图7土钉支护设计(单位：era)及其他构筑物的影响较大，对安全施工的要求较高； Highw公ays路Aht与omoti汽veAp运plications第5期19O2010年9月同时施工期间需保证周围道路的通行，施工场地狭小，施工条件恶劣。设开簿嗣(4)随着开挖深度的不断增加，技术难度、施工难度也相应增大，施工单位承担的风险越来越大。岛(5)建设单位不仅要求确保工程质量，对加快隧道开口段f采用施工进度、降低工程投资也提出了较高的要求，相应土钉墙支护施工)地增大了施工难度。，3．2．2处理方案(1)根据该下沉式隧道施工技术难度大、施工工期紧及质量标准要求高的特点，从多个项目中抽调具备类似工程经验的技术人员，根据设计文件及一嚣霎现行规范的要求，选择技术可行、造价合理、安全可隧道开口段(采用僻‘靠的施工技术方案。土钉墙支护施工1(2)施工保通方案分三步进行：1)通过区域路网，对交通流实行分流；施工完毕两侧设临时辅道，完成地面环岛平交改造；利用两侧辅道及原有道路进行局部交通疏导，同时设置合理的交通标志和标线，保障交通畅通。2)对主线进行局部封闭，安装彩色钢板围栏，开挖施工下沉式隧道闭口段；采用土钉墙支护施工，尽量少占用地面临时辅道空间。3)施工闭口式隧道顶平交路面，采用平交渠化引导地面交通；封闭隧道开口段主线，施工下沉式隧道开口段；隧道开口段施工完毕，拆除彩色钢板围栏，恢复交通(见图8)。3．3基坑开挖施工应急措施为了防止在基坑开挖过程中出现意外，预先准备足够的钢支撑、土方及砂袋；成立抢险领导小组和表3下沉武隧道基坑支护监控量测表注：为满量程。曼，篓嚣表要鼍孽5结语mm，无局部塌陷发生。证明微型桩与土钉墙相结一一合的复合土钉墙支护能有效控制围护结构周围地面对于大跨度深基坑支护，目前采用较多的是钢土体的变形。板桩、地下连续墙等围护支撑结构，其造价太高。而 公路与汽运总第140期Highways&AutomotiveApplications191小断面隧洞钢拱架支护的受力分析杜明克(中铁十七局集团第三工程有限公司，河北石家庄050081)摘要：根据某隧洞工程2支洞钢拱架加工和支护的实际经验，通过对钢拱架材料特性的分析，计算了小断面、小半径隧洞钢拱架支护受力的极限值；介绍了小断面隧洞钢拱架支护的施工技术及质量控制措施。关键词：隧洞；钢拱架；支护；受力分析中图分类号：U455．7文献标志码：A文章编号：1671—2668(2010)05—0191-04某工程隧洞Ⅱ标支洞全长568m，断面为圆拱拱架在钢筋加工棚制作平台上采用冷弯或氧炔焊结直墙形，成洞尺寸为4．0m×5．85m(高×宽)，其中合电焊分段制作，试拼合格后运至现场安装。加工直墙高1．075m，圆拱半径2．925m。支洞段围岩要求如下：类别比较复杂，V类围岩长358．2m(占支洞总长的(1)加工尺寸准确，弧形圆顺，型钢中心与轴线63)，iV类围岩长159．3m(占支洞总长的28)，重合，连接孔位准确。Ⅲ类围岩长51m(占支洞总长的9)，并多次穿越(2)拱架加工后先试拼，检查有元扭曲现象。断层破碎带，稳定性较差，地下水丰富。对于不良地(3)钢架的焊接应符合钢材焊接规定。质地段坚持“先预报、管超前、短进尺、弱爆破、强支(4)加工好的拱架应圆顺；其允许偏差，拱架矢护、勤量测”的施工原则，支洞总长的7O采用钢拱高及弧长为+20mm，架长为+20mm。架强支护的施工工艺和措施。(5)钢拱架组装后应在一个平面内，端面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为土20mm。1工字钢钢拱架的施工1．2钢拱架的安装1．1钢拱架的加工首先测定线路中线，确定高程，然后测定其横向隧洞工字钢钢架支护采用I14工字钢支撑。钢位置。钢拱架运至现场时分单元堆码编号，安设前复合式土钉墙在传统土钉墙的基础上，配合采用微[J]．岩土工程学报，2005，27(2)．型桩等技术措施，具有较强的技术优势和经济优势，[4]张钦喜，朱绪平，潘旭亮，等．复合土钉支护的设计和应可降低造价1O"--,400,4。用实例[J]．土木工程学报，2004，37(5)．[5]郑州市公路勘察设计院．国道107线郑州段改建工程两该项目大跨度下沉式隧道基坑支护工程的安全阶段施工图设计[z]．郑州：郑州市公路勘察设计院，2009．顺利施工表明复合式土钉墙在深基坑支护中应用效[6]彭建波．下沉式立交隧道基坑工程施工监测[J]．公路果显著，不仅突破了以往土钉墙支护仅适用于地下与汽运，2006(3)．水位以上或经降水后的黏性土或密实性较好的砂土[7]李光辉．拉森钢板桩在基坑支护中的应用[J]．公路与地层的界限，而且在放坡平台上设置微型桩可提高汽运，2008(1)．土钉墙的整体稳定性。土钉墙支护结构的应用范围Is]潘宏毅．边坡土钉支护设计[J]．公路与汽运，2006(2)．可进一步扩大。[9]代国忠，王晓斌．深基坑工程复合式土钉墙支护技术的应用综述[J]．常州工学院学报，2008，21(5)．参考文献：[1O]王健．复合土钉墙支护技术在地下结构工程中的应用[1]JGJ12o-99，建筑基坑支护技术规程[s]．[A]．北京工程管理科学学会第六次会员代表大会暨[2]刘建航，侯学渊．基坑工程手册[M]．北京：中国建筑工2006年学术年会论文集[C]．2006．业出版社，1997．[3]杨志银，张俊，王凯旭．复合土钉墙技术的研究及应用收稿日期：2010-06-09'